Práctica aerogenerador

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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
INDUSTRIALES
Informe de prácticas GECER II
Determinación de la curva Cp − λ
Autor: David Laguna Sanz E-17039
1
1 Introducción
En esta práctica vamos a calcular la curva Cp − λ de un aerogenerador comercial. El
aerogenerador que hemos ensayado es el siguiente:
Turbina
Tipo de Rotor Tripala
Radio 0.7m
Generador
Tipo de Generador Trifásico Sincrono IP
Ns−n 600 rpm a 50 Hz
fn 50 Hz
Un 48 V
In 5 A
Rgsip 4 Ω
Mediante la toma de diferentes datos de viento, tensión, potencia y corriente vamos a de-
terminar las curvas caracteŕısticas de este aerogenerador. El esquema de el ensayo es el
siguiente:
Figura 1: Esquema conceptual del ensayo
Figura 2: Esquema eléctrico del ensayo
2
Mediante una resistencia variable se hacen los cambios de carga del aerogenerador. Hay
que indicar que esta máquina funciona como un aerogenerador aislado de red, por lo que
frecuencia y tensión no son fijas. Esto cambia radicalmente el funcionamiento del aerogen-
erador.
2 Medida del viento
En esta parte del ensayo tomamos medidas del viento con una velocidad de giro del venti-
lador conectado a un motor śıncrono de 50 Hz. La medida del viento fue tomada en distintos
sitios de la superficie del aerogenerador, teniendo aśı una medida más precisa. Tuvimos en
cuenta en no tomar la velocidad del viento en las partes donde estaba el aerogenerador detrás
evitando aśı el libre paso del flujo.
Los datos obtenidos fueron los siguientes:
Variador
Ventilador
(Hz)
Viento Co-
ordenada
1
Viento Co-
ordenada
2
Viento Co-
ordenada
3
Viento Co-
ordenada
4
Viento Co-
ordenada
5
Viento
equivalente
50 10.5 10.3 8.5 12 10 10.26
La velocidad del viento equivalente se ha sacado mediante la media aritmética del total de
las 5 velocidades
Vequivalente =
∑
Vi
i
(1)
3 Medidas del generador en carga variable
Mediante un esquema similar al de la figura 2, y con un autotransformador de tensión se
consigue una carga variable a la cual tiene que alimentar el generador. El procedimiento fue
la variación de la carga desde un 100% hasta un 20% obteniendo los siguientes resultados:
Nota: la frecuencia de giro se toma de la frecuencia de la corriente, para sacar la velocidad
de giro real hay que dividir entre el número de polos que es 5.
Figura 3: Datos del ensayo
3
La resistencia la ha calculado aplicado la siguiente ecuación:
(R′
2−equiv)1 = (
Ubaja
Ualta
)R2−real = (rbaja−alta)
2R2−real (2)
De la potencia extráıda por el generador tenemos que tener en cuenta las pérdidas por
efecto Joule debidas al bobinado y a las pérdidas de rozamiento de todos los rodamientos
y cojinetes. pérdidas por efecto Joule las obtenemos fácimente debido a que ya tenemos la
resistencia del generador Rgsip = 4Ω.
PJoule ≈ 3(rgsip)I
2 (3)
Obteniendo los siguientes resultados:
Figura 4: Datos del ensayo 2
Para la obtención de las pérdidas por rozamiento hay que interpolar la función obtenida
por la suma de la potencia mas las pérdidas por efecto Joule (sin tener en cuenta el último
punto) y caracterizarla en el punto de vaćıo, en el cuál no hay pérdidas por efecto Joule.
Gráficamente obtenemos los siguientes datos:
Figura 5: Comparación potencia extráıda por el generador y potencia extráıda sin tener en
cuenta las pérdidas por Joule
4
La ecuación que define la potencia sin tener en cuenta las pérdidas por efecto Joule es:
WsinJoule = −0, 6805x
2 + 100, 73x− 3403, 4 (4)
Si caracterizamos en el punto de vacio, la potencia que tenemos es la debida a las pérdidas de
rozamiento ya que es la única que se opone al giro del aerogenerador. rad/svacio = 94.2477
W94.2477 = −0, 6805x
2 + 100, 73x− 3403, 4 = 45, 53962444W (5)
Y sabiendo que:
PRozamiento = KeΩ
2 (6)
Ke = 0, 00512681 (7)
Con el valor de la constate podemos obtener el valor de las pérdidas por rozamiento en cada
momento y el valor de la potencia real de la turbina eólica.
Figura 6: Tabla con todos los datos calculados
Figura 7: Comparación de potencias
5
4 Curva Cp − λ
Con todos los datos obtenidos somos capaces de poder dibujar la curva Cp − λ carac-
teŕıstica de este aerogenerador.
Cp =
Wturbina
Wviento
;Wviento =
1
2
ρv3vientoArea (8)
λ =
ωr
vviento
(9)
Figura 8: CurvaCp − λ
También he obtenido las curvas de Par-Velocidad (rpm) y de Potencia-Velocidad (rpm):
Figura 9: Curva Par-Velocidad
Figura 10: Curva de Potencia-Velocidad
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5 Conclusiones
Los datos obtenidos son bastante satisfactorios al haber dado unos órdenes de magnitud
cercanos a lo que estábamos esperando. Hay que mencionar que la forma de la curva es aśı ya
que a medida que se va quitando carga la corriente que se induce es mayor siguiendo la Ley
de Ohm I = U
R
, esto provoca un campo magnético en las bobinas del estátor del generador
que opone resistencia al del rotor. Debido a esto, este tipo de aerogeneradores aislados de
red se autorregulan debido a que si no hay carga la corriente de inducido será tan grande
que parará por completo el aerogenerador evitando aśı sobrecargas en la red aislada.
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	Introducción
	Medida del viento
	Medidas del generador en carga variable
	Curva Cp-
	Conclusiones